管壳式换热器的设计课程设计-毕业论文.doc
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1、 精细化工2012化工设备机械基础课程设计 xxxxxxxxx 大 学课程设计说明书设计题目: 管壳式换热器的设计 学院、系: 化学工程与工艺学院(精细化工专业 )专业班级: 精细2012班学生姓名: xxxxxxxxxxxx指导教师: xxxxxxxxxxxxx成 绩: _2015年 07 月 08 目录2015年 07 月 081目录2一、课程设计题目5二、课程设计内容51管壳式换热器的结构设计52. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核53. 筒体水压试验应力校核54. 鞍座的选择65. 换热器各主要组成部分选材,参数确定。66. 编写设计说明书一份67. 绘制1号装配图一张。6三、设
2、计条件6(1)气体工作压力6(2)壳、管壁温差50,ttts6(3)由工艺计算求得换热面积为105m2。6(4)壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用,并查出其参数,接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。6(5)壳体与支座双面对接焊接,壳体焊接接头系数=0.856(6)图纸:参考图7-52,注意:尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。6四、基本要求7五、说明书的内容71.符号说明72.前言73.材料选择74.绘制结构草图75.壳体、封头壁厚设计86.标准化零、部件选择及补强计算:87.结束语:对自己所做的设计进行小结与评价,经验与收获。88.主要参考资料。8六、主要参考资料8管壳式换热器的结构
3、设计91 前言101.1概述101.1.1换热器的类型101.1.2换热器101.2设计的目的与意义111.3管壳式换热器的发展史111.7提高管壳式换热器传热能力的措施121.8 设计思路、方法121.8.1换热器管形的设计121.8.2 换热器管径的设计131.8.3换热管排列方式的设计131.8.4 管、壳程分程设计131.8.5折流板的结构设计131.8.6管、壳程进、出口的设计141.9 选材方法141.9.1 管壳式换热器的选型141.9.2 流径的选择171.9.3材质的选择181.9.4 管程结构182 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算192.1 管径192.2 管子数n202.
4、3 管子排列方式,管间距的确定202.4换热器壳体直径的确定202.5 换热器壳体壁厚计算及校核203 换热器封头的选择及校核224 容器法兰的选择225 管板235.1管板结构尺寸235.2管板与壳体的连接245.3管板与管子的连接245.4管板厚度246 管子拉脱力的计算257 计算是否安装膨胀节268 防冲板279 折流板设计289.1折流板的选择289.2折流板的布置3110 开孔补强3110、1 壳体接管开孔补强311、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径312、确定壳体和接管实际厚度,开孔有效补强面积及外侧有效补强高度h323、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积324、计
5、算Ae325、比较,3210.2 管箱接管开孔补强331、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径332、确定管箱和接管实际厚度,开孔有效补强面积及外侧有效补强高度h343、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积344、计算Ae345、比较,3511 接管最小位置3512.鞍座361.壳体质量362.封头质量363.管箱质量364.附件质量365.管子质量376.强度校核37符号说明38参考文献39一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1管壳式换热器的结构设计包括:管子数n,管子排列方式,管间距的确定,壳体尺寸计算,换热器封头选择,容器法兰的选择,管箱的选择,鞍座的选择,接管选择
6、等等。2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核(1)根据设计压力初定壁厚;(2)确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力;(3)计算是否安装膨胀节;(4)确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚,并进行强度和稳定性校核。3. 筒体水压试验应力校核4. 鞍座的选择5. 换热器各主要组成部分选材,参数确定。6. 编写设计说明书一份7. 绘制1号装配图一张。三、设计条件(1)气体工作压力管程:半水煤气 0.7 MPa壳程:变换气 0.475 MPa(2)壳、管壁温差50,ttts 壳程介质温度为400220,管程介质温度为180370。(3)由工艺计算求得换热面积为105m2。(4)壳体与封头材料在低合金高
7、强度钢中间选用,并查出其参数,接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。(5)壳体与支座双面对接焊接,壳体焊接接头系数=0.85(6)图纸:参考图7-52,注意:尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。四、基本要求1.学生要按照任务书要求,独立完成管壳式换热器设备的机械设计;2.设计说明书一律采用电子版,1号图纸一律采用CAD绘制;3.画图结束后,将图纸按照统一要求折叠A4,同设计说明书统一在19周周五早上8:30答辩.4.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。五、说明书的内容1.符号说明2.前言(1)设计条件;(2)设计依据;(3)设备结构形式概述。3.材料选择(1)选择材料的原则;(2)
8、确定各零、部件的材质;(3)确定焊接材料。4.绘制结构草图(1)换热器装配图(2)确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置,以单线图表示;(3)标注形位尺寸。(4)写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计(1)筒体、封头及支座壁厚设计;(2)焊接接头设计;(3)压力试验验算;6.标准化零、部件选择及补强计算:(1)接管及法兰选择:根据结构草图统一编制表格。内容包括:代号,PN,DN,法兰密封面形式,法兰标记,用途)。补强计算。(2)其它标准件选择。7.结束语:对自己所做的设计进行小结与评价,经验与收获。8.主要参考资料。【格式要
9、求】:1.计算单位一律采用国际单位; 2.计算过程及说明应清楚;3.所有标准件均要写明标记或代号; 4.设计说明书目录要有序号、内容、页码;5.设计说明书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改,在说明书中要注明变更;6.书写工整,字迹清晰,层次分明; 7.设计说明书要有封面和封底,均采用A4纸,装订成册。六、主要参考资料1. 化工设备机械基础课程设计指导书.化学工业出版. 2005.12.化工设备机械基础第五版 刁与玮 王立业 编著 2003.3;3. 化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编;4.化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980;5.化工设备机械基础参考资料;
10、6.钢制压力容器GB150-1998;7.钢制塔式容器JB4710-1992;8. GB151-1999 管壳式换热器1999年;9.压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999年。 管壳式换热器的结构设计序 言课程设计理论是学生理论联系实际的一次很好的机会,本次实验就管壳式换热器进行一次课程设计,掌握并了解在工业生产中节能、高效、环保等概念。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛,它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中,管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备,但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优
11、点,所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计,是为了保证换热器的质量和运行寿命,必须考虑很多因素,如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器,由于各种条件不同,往往采用的结构亦不相同。在工程设计中,除尽量选用定型系列产品外,也常按其特定的条件进行设计,以满足工艺上的需要(得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等)。1 前言1.1概述1.1.1换热器的类型管壳式换热器是最典型的间壁式换热器,历史悠久,占据主导作用,主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动,其行程称为管程;
12、另一种流体在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大,传热效果好,结构坚固,可选用的结构材料范围宽广,操作弹性大,因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速,往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍流程度大为增加。列管式换热器中,由于两流体的温度不同,使管束和壳体的温度也不相同,因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大(50以上)时,就可能由于热应力而引起设备的变形,甚至弯曲或破裂,因此必须考虑这种热膨胀的影响。1.1.2换热
13、器换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同,故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类:混合式、蓄热式、间壁式。热体,将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时,从热流体处接受热量,蓄热体温度升高后,再与冷流体接触,将热量传给冷流体,蓄热体温度下降,从而达到换热的目的。此类换热器结构简单,可耐高温,常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大,且不能完全避免两种流体的混合。工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根
14、据结构特点,间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中,列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备,在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固,能承受高温高压,换热表面清洗方便,制造工艺成熟,选材范围广泛,适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上,而管板则安装在壳体内。因此,这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。1.2设计的目的与
15、意义换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,以实现不同温度流体间的热能传递,又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛,它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中,管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备,但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点,所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计,是为了保证换热器的质量和运行寿命,必须考虑很多因素,如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。
16、1.3管壳式换热器的发展史为了满足电厂对在较高压力下运行的大型换热器(如冷凝器和供水加热器)的需要,在20世纪初,提出了壳管式换热器的基本设计。经过长期的运用,使设计变得相当成熟和专业化。壳管式换热器发展的早期阶段,出现的最大量的严重问题,不是在传热方面(这可以由实践经验粗略的估算),而是各种部件,特别是管板材料的强度计算问题,还有在制造技术和工程实施中的许多有关的其他问题,如管和管板的连接,法兰和接头管的焊接等。 在20世纪20年代,壳管式换热器的制造工艺得到相当圆满的发展,这主要是由于几个主要制造商努力的结果。制造设备的传热面积可达500m2,即直径约750mm、长6m,用于急剧增长的石油
17、工业。在30年代,壳管式换热器的设计者,根据直接经验和在理想管束上的实验数据,建立了很多正确的设计原则。水-水和水-气换热器的设计,大概与现今的设计差不多。因为污垢热阻起很大的作用,壳侧流动的粘性流是一个困难的问题,而且,60年代以前的他们的了解很少。随着壳管式换热器的应用稳步增长,以及对在各种流程条件下性能预计的精度要求越来越高,这造就40年代直至50年代研究活动的激增。研究内容不仅包括壳侧流动,而且相当重要的还有真实平均温差的计算、结构件特别是管板的强度计算。多年来发展起来的壳管式换热器,由于其结构坚固并能适应很大的设计和使用条件的变化,已成为最广泛使用的换热器。1.7提高管壳式换热器传热
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